酵母“无用”基因具有抗毒稳定性功能
酵母的染色体大约含有6000个基因,但只有1000个基因是用来维持正常生存的,其余5000个基因并未发现有何明显用处。美国、加拿大的科研人员在进行了超过600万次的测试后发现,这些看似无用的5000个基因,在一些极端环境下竟非常有用处,其中许多基因可大大提高酵母的抗毒稳定性。相关研究成果发表在近期出版的美国《科学》杂志上。为了研究酵母为什么需要这些基因,最简单的方法是破坏基因的变异或者剔除基因,观察这些变化如何影响酵母的结构和生理表征等。此外还可以进行相反的操作:发现变异后,再研究基因的变化导致的后果。这是遗传学上的常用方法。近年来,由于基因工程的发展,科学家大多使用第一种方法。但以前的研究发现,剔除酵母的基因后无任何变化,也没有降低有机物的生命能力。
怎样解释以前的研究结果?理论认为,环境越稳定,细胞的遗传表现越简单,这正内细胞共生细菌的基因急剧缩减的原因。这个理论解释需要实验验证。
科研人员研究了最具有实验室代表性的酵母细菌,每一个菌株含有一个剔除了的基因。研究样品大约含有6000个杂合菌株,5000个纯合菌株,比杂合菌株少1000个。因为,这1000个基因是生命必需的,即使在非常良好的环境下,剔除这些基因,对酵母也将是致命的。
将上述每一个菌株在不同的非标准环境下测试,并加入化学物质,包括抑制微生物生长的药物,或从环境中消除主要的成分,比如氨基酸或者维生素。每一个杂合菌株在726个不同环境中进行了测试,每一个纯合菌株也在418个不同环境中进行了测试,整项实验的次数超过600万次。实验发现,酵母在非标准环境中的增长可以与正常实验环境下菌株的增长相比。
以前研究发现,19%%的纯合菌株的基因缺陷是致命的,15%%的基因在标准环境下可提高生存能力,66%%的基因无用处。
研究人员此次发现,大多数“无用”基因原来很有用处,它们可以提高酵母的生存能力,暂时还没有表现出用处的205个基因(总数的3%%)也可能在某些地方有用,只是还没被发现。大部分基因表现出对不同毒素的稳定性,其中包括使用过的各种不同药品。
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